融合GNSS与InSAR的矿区地表三维形变监测

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作者周文韬
来源西南科技大学
出版年2021
摘要
甘肃省金昌市的镍矿储备位居我国第一位,具有极其重要的战略地位。随着矿区不断开采,2016年6月,金川龙首矿西二采区因地表出现大面积塌陷导致停产。2019年4月,西二采区首次采用无底柱分段崩落法进行工业化实验。为监测地表形变情况,现阶段对该地区的形变监测主要是通过布设GNSS网进行监测,但是单点监测、费时、费力等缺点不能及时反映地表真实形变情况。InSAR技术因具有广域、高效监测的优点而广泛应用于各种形变监测领域,但InSAR技术受卫星飞行轨道和影像分辨率的影响,难以监测地表三维形变。针对上述问题,本文提出使用插值技术将GNSS离散点数据内插成面,再与SBAS-InSAR技术得到的升降轨LOS形变数据进行融合。主要研究工作及成果如下:(1)通过获取的研究区地表2019年4月至2020年6月的GNSS离散点数据,分别利用普通克里金法和经验贝叶斯改进的克里金法对GNSS数据进行插值处理,获取两种方法基于GNSS数据的三维形变场。通过与GNSS点数据对比验证,经验贝叶斯改进的克里金法在南北向、东西向和竖直向的精度较普通克里金插值法插值的三维形变场均有明显提升,并将经验贝叶斯改进的克里金法插值的GNSS三维形变场应用于GNSS与InSAR数据融合中。(2)利用38景升轨和29景降轨的Sentinel-1A数据进行SBAS-InSAR技术处理,本文通过对上述共67景SAR影像进行多次实验,设置合适的基线阈值及滤波方法等参数,获取研究区2019.3.22-2020.6.8时段的视线向形变速率、-20mm/a等值线和时序累积形变量。通过对比升、降轨的形变结果,分析研究区地表的形变情况,并总结不同轨道形变产生差异的原因。(3)根据验后定权要求,本文提出等权法改进的赫尔默特方差分量估计(EWEHVCE)模型,通过提取卫星成像方位角与入射角,利用GNSS三维形变数据和升、降轨InSAR数据解算研究区2019年4月至2020年6月地表累积三维形变场,并对矿区地表形变特征进行分析。为验证本文方法的有效性,以GNSS监测点数据为真实值,设计了三种方案进行了精度分析。结果显示,EWE-HVCE模型获取的地表三维形变场精度较其他两种方案的精度有明显提升,其中南北向、东西向和竖直向形变的均方根误差分别为6.26mm、14.01mm和33.04mm。

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